close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

566.Основы моделирования образовательной области Информатика

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Персианов В.В., Сорокина Н.В.
Тульский государственный педагогический университет
Основы моделирования образовательной области
«Информатика»
Введение
Создание и совершенствование вычислительной техники привело к
разработке новых информационных технологий в различных сферах научной
и практической деятельности, в том числе и в образовании. Широкое
распространение получают инструментальные системы по созданию
педагогических средств – обучающих программ, электронных учебников,
компьютерных тестов. Особую актуальность для преподавателей школ и
вузов приобретают программы-оболочки, подготовленные для заполнения
определенными знаниями и данными и адаптирующиеся к различным
дисциплинам информационного цикла.
Разрабатываемая
ИНИНФО
программа
коммуникации
и
информатизации системы образования направлена на достижение
комплексной задачи, компонентами которой являются ускорение процесса
обучения, удешевление стоимости проведения занятий, усиление
составляющей самообразования, подготовка выпускников школы –
грамотных граждан современного информационного общества.
В связи с этим остро встает вопрос разработки новых
форм
проведения занятий, таких как электронная лекция, самоподготовка с
помощью компьютера, электронное моделирование, компьютерное
тестирование, поиск информации в Интернете и т.п.
К сожалению, преподаватели высшей и, тем более, средней школы не в
состоянии вести обучение в новых условиях, т.к. не владеют
коммуникационной техникой, сетевыми и мультимедийными технологиями.
Эффективной методики обучения в новых условиях в настоящее время
фактически нет.
Концептуальный уровень
При разработке информационных систем обучающая программа
является операционной моделью, обеспечивающей прохождение и
переработку информации. Компонентами этой модели являются база знаний
о предметной области (объектах и функциях), библиотека операций
(структурных, лингвистических, математических), с помощью которых
формализуются функции, библиотека стандартных операторов (модулей) для
реализации этих функций и обобщающая программа управления модулями,
обеспечивающая их выбор и последовательность выполнения.
1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Библиотеки стандартных модулей относятся к разным дисциплинам. С
помощью применения созданных библиотек и выбора готовых модулей
можно ускорить проектирование обучающих систем и их наполнение
учебным материалом.
Основу информационной системы «Образовательная область
Информатика» составляет банк учебной информации и интерпретирующий
блок (исполнитель), который настраивает систему на выполнение
конкретных процедур обработки данных.
В качестве исходных данных для интерпретирующего блока
используют [3] информационные карты (структуры данных) и
технологические карты (схемы преобразования данных). Совокупность
интерпретирующих блоков образует системную базу, а совокупность
информационных моделей – информационную базу обучающей системы.
Общение с системой инициируется пользователем, который отмечает
имена исходных и итоговых модулей, а интерпретатор обеспечивает
активный диалог, осуществляя по технологическим картам анализ
информации в информационном банке и ее последующую обработку.
Проектирование процесса обработки информации связано с
разработкой
и реализацией набора
элементарных
процедур,
запрограммированных на базовом языке. Этот набор формируется с учетом
особенностей конкретной образовательной области и должен быть
функционально
полным,
чтобы
обеспечивать
эксплуатацию
информационной системы [5].
Элементарными процедурами обработки данных являются читать,
писать, исключить, пересечь, объединить, вычесть, которые обрабатывают
пары связанных информационных областей (модулей).
Процедуры читать, писать, исключить, обрабатывая пару областей Xi,
Xj, позволяют:
- по конкретному значению Xik  Xi найти адреса или прочитать
значения данных из области Xj, т. е. найти Xjl  Xj;
- по паре значений (Xik, Xjl) записать Xik в Xi, а Xjl в Xj и установить
между ними связь, указав необходимую информацию в файле индексов
(технологической карте);
- по значению Xik Xi исключить связанное с ним значение Xjl из Xj, а
если данная связь была последней, то исключить и индекс Xjl из области Xj.
Перечисленные
процедуры
дают
возможность
обрабатывать
информацию, переходя от одной пары связанных областей Xi, Xj к другой
паре Xj, Xf, двигаясь от областей, для которых указаны поисковые
реквизиты, к областям, данные из которых необходимо получить.
Пути, выявленные при движении по графу,
задающему
информационные модели данных, могут пересекаться.
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Поэтому для получения искомых данных необходимо использовать
следующие процедуры:
пересечь - позволяет из двух множеств (данных либо индексов,
задающих адреса размещения этих данных) выделить их общую часть;
объединить - позволяет объединить два множества;
вычесть - позволяет определить разность двух множеств.
Организация специального диалога пользователя с информационной
системой при вводе-выводе данных осуществляется в рамках блока
интерпретации и основана на технологических картах (шаблонах). Представление шаблона опирается на базовые понятия и связывающие их отношения
и задается следующим образом:
Xi = raXa rbXb...rnXn
где Xi
- имя шаблона;
Xa,...,Xn - составляющие, которые определяют постоянную и переменные части шаблона, форматы вводимых или
выводимых данных, логические условия и арифметические
выражения, позволяющие осуществлять поиск и необходимые преобразования данных;
ra,...,rn - отношения, определяющие тип и назначение составляющих
частей шаблона.
Указанные отношения позволяют блоку интерпретации правильно
определять компоненты шаблона, организуя требуемый диалог, контроль и
обработку информации.
Так как в настоящее время уровень профессионального
педагогического высшего образования практически не нормирован, в основу
проектирования учебных информационных модулей (и их связей) положен
стандарт образовательной области Информатика [2].
При разработке учебной модели предметной области используют, как
правило, метод нисходящего проектирования модели знаний (технология
сверху-вниз). Вначале строится генеральное содержание области с разбивкой
на укрупненные модули (разделы). Затем проводится их детализация на
элементарные подмодули, которые наполняются конкретным содержанием.
Метод проектирования снизу-вверх (от частного к общему) в большинстве
случаев реализуется для разработки модели сложной и объемной предметной
области или для нескольких близких по структуре и содержанию областей.
Различают
модули
элементарные
(содержащие
неделимые
дидактические элементы) и интегрированные. Элементарные модули
содержат теоретический, практический, контролирующий материал, как в
отдельности, так и в их комбинации. Для формирования библиотек модулей
и связи между ними можно использовать принадлежность к определенной
группе.
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Предлагается классификация модулей по следующим признакам: линия
обучения информатике, уровень сложности, структура информации, тип
учебного занятия, вид учебного материала, рис.1.
Классификационный признак
информационных модулей
Содержательные
линии
образовательной
области
Информация и
информационные
процессы
Представление
информации
Уровень
сложности
Структура
информации
Тип учебного
занятия
1 – Специальность
Элементарные
Теоретические
Теоретические
2 – Дисциплина
(предмет)
Интегрированные (составные)
Практические
Практические
Лабораторные
Контролирующие
Самостоятельные
Методические
3 – Тема
Компьютер
Формализация и
моделирование
Алгоритмизация и
программирование
Вид учебного
материала
4 – Учебный
вопрос
Программнотехнические
Информационные
технологии
Рис. 1. Классификация информационных модулей образовательной области
Интегрированный модуль на входе анализирует информацию,
состоящую из набора необходимых понятий из элементарных модулей
образовательной области, и на выходе создает совокупность новых понятий,
знаний, используя экспертные системы. В исходном условии формирования
интегрированного модуля можно указывать не только один признак, но и их
группу с учетом системы приоритетов.
Примерами элементарных модулей могут служить текстовые,
табличные, графические, звуковые и видео файлы, содержащие информацию
из конкретной образовательной области. Интегрированный модуль может
быть представлен в виде базы данных, базы знаний, информационной
модели.
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Поэтому в интерпретаторе сначала в интерактивном режиме нужно выбрать
название дисциплины информационного цикла, а затем указать на признак
применения существующей библиотеки или признак формирования новой,
рис.2.
Моделирование
Запрос
Банк информации
(исходные модули)
Информация и
информационные
процессы
Представление
информации
Компьютер
Формализация и
моделирование
Алгоритмизация и
программирование
Информационные
технологии
Теоретические
Практические
ТРТ
ПРК
Контролирующие
Методические
КТР
МТД
Программнотехнические
ПГТ
Выборка
Интегрированные
модули
Теорет. зан-я
ТРТ
МТД
КТР
Практ. зан-я
ПРК КТР
ТРТ МТД
Лабор. работы
ПРК ПГТ
ТРТ МТД
Самост. работы
ТРТ ПГТ
ПРК КТР
ПРК
МТД
Рис. 2. Связь интегрированного модуля с образовательной областью
В интерпретирующем блоке осуществляется формарование библиотек
информационных модулей по разным признакам. Поэтому при
формировании библиотеки следует:
1) ввести название библиотеки;
2) выбрать тип используемых модулей (по каждой из
классификаций);
3) ввести необходимые поисковые признаки, расположив их в
порядке убывания приоритетов;
4) выбрать необходимые виды связей;
5) из предложенного списка модулей выбрать те, которые
соответствуют планируемому учебному процессу;
6) установить систему ссылок и связей между выбранными
модулями;
7) окончательно подтвердить и сохранить новую библиотеку
модулей.
Описание модулей нужно давать в методических планах, хотя бы в
минимальном объеме. Особенно это касается опорных модулей
(теоретические, практические, лабораторные, самостоятельные занятия).
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В описание каждого модуля должны присутствовать следующие
характеристики: тип модуля (по данным классификации), ключевые понятия,
содержание, размер модуля, требуемое программное обеспечение. При этом
можно ссылаться на исходный учебный материал непосредственно (не думая,
где его брать), что уменьшит потребность в памяти, упростит настройку
обучающей системы и технологию работы с ней.
Модульное представление знаний помогает:
 организовать четкую систему управления обучением с помощью
библиотек типовых модулей, поскольку допускает как прямое,
так и ссылочное применение каждого модуля, итоговый контроль
по всем модулям и их взаимосвязям;
 выявлять и учитывать семантические связи модулей и их
отношения с другими предметными областями.
 наполнять каждый модуль конкретным содержанием;
В модели, спроектированной по указанным принципам, легко
реализуется режим учитель-ученик, легко интерпретируются дидактические
положения. Из модуля любого уровня можно просматривать и редактировать
модули нижележащих уровней. Легко менять структуру учебного материала
под конкретные нужды (специальность, дисциплина, тема, вопрос). Если
формализовать содержание опорного модуля, то отпадает необходимость
«наполнять» его учебным материалом. Обращаться к исходному модулю
можно по системе ссылок, что упрощается поиск информации.
Модульный подход к построению модели образовательной области
обеспечивает применение современных методов теоретического и
практического обучения в конкретной образовательной области, что
позволяет повысить уровень подготовки обучаемых. Очевидно, что этот
подход соответствует концепции открытого образования и, в частности,
применению электронных учебных пособий.
Информационно-логический уровень
Проектируемая информационная система «Образовательная область
Информатика» представляет собой банк педагогической информации с
поисковым аппаратом. С ее помощью
автоматизируется
процесс
формирования учебно-методических комплексов [1].
Связь системы с коммуникационными технологиями позволяет
встраивать ее в модель дистанционного обучения открытого образования.
Фактически, «начинка» исходных модулей – это и есть содержимое
центральной зоны распределенной информационной базы, что позволяет
избегать многократного копирования учебного материала для занятий
различного
типа
(теоретические,
практические,
лабораторные,
самостоятельные). Кроме того, этот подход упрощает последующее
нормирование образовательной области и экспертизу встраиваемых в
систему педагогических материалов.
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Информационная система должна быть динамичной, модифицируемой.
На всех уровнях необходимо предусмотреть возможность введения новых
модулей, которые будут наполняться учебным материалом из
нормированной образовательной области, и удаления старых модулей,
потерявших актуальность.
Поиск информации сверху-вниз (процедура навигации) осуществляется
по признаку принадлежности, по ключевым словам и по их конкретному
содержанию. В исходных модулях помечается их принадлежность к
включающему модулю. Этот признак должен соответствовать общей
структуре информационной системы. Если ключевые слова считать
опорными атрибутами модулей, то их нужно включать в методические планы
(или описатели) модулей вышележащих уровней. А каждый исходный
модуль должен включать ключевые слова, встречающиеся в его учебном
материале. Методический план модуля может стать основой нормирования
образовательной области (связь навигационных и специфицирующих
признаков). Множество модулей одного уровня – это требуемый срез
образовательной области.
Образовательная область Информатика относится к педагогическим
дисциплинам и нормируется государственным образовательным стандартом.
Области соответствует образовательный модуль, включающий набор
специальностей в соответствии с ее номенклатурой. Модулю присваивается
республиканский код.
Специальности
соответствует
специализированный
модуль.
Номенклатура специальности – это перечень ее дисциплин. Спецификатор
модуля – учебно-методический комплекс по специальности, УМКС. Главный
документ – учебный план, в котором перечислены все дисциплины для
конкретной специальности. Каждому специализированному модулю
присвоен республиканский код, его состав жестко регламентируется
федеральными документами.
Дисциплине соответствует комплексный модуль. Номенклатура
дисциплины – это перечень ее тем. Спецификатор этого модуля – учебнометодический комплекс по дисциплине, УМКД; главный документ –
тематический план, в котором по каждой дисциплине перечислены учебные
темы. Дисциплины федеральной компоненты имеют республиканский код.
Дисциплины, входящие в региональный и вузовский компоненты,
фактически не регламентируются.
Предлагается ввести составные коды комплексных модулей,
содержащие собственное имя модуля, признак специальности и ссылку на
темы, включаемые в дисциплину [4].
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема характеризуется базовым (тематическим) модулем. Номенклатура
темы – это перечень учебных вопросов, спецификатор – учебная программа.
Код базового модуля – это его собственное имя, принадлежность к
дисциплине и ссылка на учебные вопросы, включенные в тему.
Учебному вопросу соответствует опорный модуль, имеющий ссылку на
тип учебного занятия. Код опорного модуля – это имя вопроса,
принадлежность к теме и ссылка на тип занятия. Спецификатор –
методические планы занятий каждого типа. Типы занятий, соответствующие
опорным модулям: теоретические – ТЗ, практические – ПЗ, лабораторные
работы – ЛР, самостоятельные работы – СР. Контрольные работы являются
частью занятий каждого из указанных типов.
Через тип занятия каждый вопрос ссылается на исходный модуль,
содержащий учебный материал. Спецификатор учебного материала – это
структура банка педагогической информации (ее разделы), соответствующая
виду учебного материала: теоретический – ТРТ, практический – ПРК,
контролирующий – КТР, методический – МТД, программно-технический –
ПГТ. Код исходного модуля – это имя модуля (фактически, учебного
материала), принадлежность к вопросу (опорному модулю), ссылка на тип
занятия и на вид учебного материала (т.е. зону банка информации).
Характеристика информационных модулей образовательной области
Информатика представлена в таблице 1.
Таблица 1. Характеристика информационных модулей образовательной области
Класс модуля
Номенклатура модуля
Спецификация модуля
Образовательный
Специализированный
Комплексный
Базовый
Опорный
Специальности
Дисциплины
Темы
Вопросы
Тип занятия
Вид учебного материала
Учебный материал
ГОС
УМКС
УМКД
Программа
Методический
план
Зона банка информации
Исходный
Через зону банка информации осуществляется ссылка на учебный
материал или на его адрес в распределенном информационном хранилище.
По одному запросу (из опорного модуля) осуществляется ссылка к
нескольким зонам. Например, лабораторная работа по какому-то учебному
вопросу может интегрировать исходный учебный материал теоретического,
практического, программно-технического и контролирующего вида.
Описанный концептуальный подход можно применить для моделирования и
других образовательных областей.
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Последовательный поиск по разным уровням информационной
системы (классам модулей) позволяет «опустить» процедуры поиска до
уровня исходного модуля. Возможность извлечения учебного материала для
одного вопроса из разных разделов информационного банка позволяет
проектировать семантическую поисковую сеть с перекрестными ссылками.
Структура банка педагогической информации, предложенная для
образовательной области Информатика, представлена на рис.3.
Специализированный модуль 2
Специализированный модуль 1
Базовый
модуль
Вопрос
Учебный материал
Вид учебного материала
Тип учебного занятия
Исходный
модуль
Тема
Опорный
модуль
Дисциплина
Комплексный
модуль
Образовательная область
Специализированный модуль N
Рис. 3. Структура информационного банка образовательной области
Описание
информационных
модулей
осуществляется
в
технологических картах. Карта интегрированного модуля содержит ссылку
на включаемые модули (выполняет функцию навигатора), карта исходного
модуля характеризует его принадлежность к виду учебного материала, типу
учебного занятия и учебному вопросу (выполняет функции спецификатора).
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Принцип кодирования модулей представлен на рис.4.
Запрос на
формирование модуля
Специализированный модуль
Принадлежность к
образовательной области
Ссылка на дисциплину
Комплексный модуль
Имя модуля
(дисциплины)
Принадлежность к
специальности
Ссылка на тему
Базовый модуль
Имя модуля
(тема)
Принадлежность к
дисциплине
Ссылка на вопрос
Опорный модуль
Имя модуля
(вопрос)
Ссылка на тип занятия:
ТЗ, ПЗ, ЛР, СР
Принадлежность к теме
Исходн ый модуль
Имя модуля
(учебный материа
(вопрос)
л)
Принадлежность к теме
Ссылка на вид учебн. мат-ла:
ТРТ, ПРК, КТР, МТД, ПГТ
Технологическая карта (выход)
ход)
Технологическая карта (вход)
Имя модуля
(специальность)
Образовательная область И н ф о р м а т и к а
Зона банка
информации
Модули учебного материала
(или ссылка на их адрес)
Запись « о б р а з а »
итогового модуля
Рис. 4. Кодирование информационных модулей образовательной области
Информационная система предусматривает два режима работы:
системный (регламентированный) и локальный (пользовательский).
Соответствующие интегрированные модули называются системными и
локальными.
Системные модули ссылаются на учебный материал, реализующий
учебный процесс по имеющимся регламентированным документам
(программы, планы, методики). С ними работают в автоматизированном
режиме.
Локальные модули предусматривают «свободный» выбор учебного
материала в соответствии с особенностями учебного процесса в конкретном
учебном заведении с учетом интересов конкретных пользователей. С ними
работают в информационно-поисковом (пользовательском) режиме.
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В этом режиме возможность выбора учебного материала возрастает
многократно, что особенно ценно при подготовке заданий по
самостоятельной работе обучаемых.
После формирования локального модуля его технологическая карта
помещается в память информационной системы и может впоследствии
применяться в автоматизированном режиме.
До базового уровня включительно целесообразно работать в
регламентированном режиме (по каждой дисциплине). С опорного уровня
можно интегрировать учебный материал для каждого вида занятий
(фактически, проектировать этапы учебного процесса).
Заключение
В Тульском государственном педагогическом университете по плану
проектирования автоматизированной компьютерной системы «Университет»
ведется нормирование образовательной области Информатика и
моделирование банка педагогической информации. На первом этапе в банк
вводятся исходные модули для обеспечения учебного процесса по трем
дисциплинам информационного цикла (Информатика, Информационные
системы, Использование вычислительной техники в учебном процессе) для
специальности 032100 – Математика и 030100 – Информатика. Параллельно
ведутся работы по созданию программы-оболочки для прикладной
обучающей системы.
Литература
1. Казиев В.М. Системно-алгебраический подход к основам
информатики/ ИНФО. 4. 1996. – С. 97-104.
2. Кузнецов А.А. Образовательная область «Информатика». Проект
федерального
компонента
государственного
образовательного
стандарта. – М.: Министерство образования РФ, 2001.
3. Монахов
В.М.
Технология
проектирования
траектории
профессионального становления будущего учителя (подготовка
учителя
к
профессиональной
деятельности
в
условиях
функционирования Государственного образовательного стандарта). –
Волгоград – Москва – Михайловка: Изд-во «Перемена», 1998.
4. Пак Н.И. Нелинейные технологии обучения в условиях
информатизации. Учебное пособие. – Красноярск: Изд-во КГПУ, 1999).
5. Персианов В.В. Теория и практика обучения прикладной информатике
в педагогических вузах на моделях социально-экономических систем/
Дисс…д.пед.н.- Тула: Госпедуниверситет им. Л.Н. Толстого, 1997.
11
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа